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dc.contributor.advisorColaço, Bruno Jorge Antunespt_PT
dc.contributor.advisorFernandes, Maria Helenapt_PT
dc.contributor.authorPinho, Laura Catarina da Costapt_PT
dc.date.accessioned2022-01-17T11:14:48Z-
dc.date.available2022-01-17T11:14:48Z-
dc.date.issued2021-03-12-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10348/10976-
dc.description.abstractMetal-based nanomaterials have great potential in biomedical applications due to their physiologic functions and physicochemical properties, favoring biological interactions. Magnesium is abundant in the body, mainly stored in bone, and plays a role in bone cell activities, being essential for normal bone metabolism and remodeling. Accordingly, magnesium-based materials are promising for bone-related applications. Mg(OH)2 nanoparticles appear to exert beneficial effects in bone regeneration strategies, but cellular and molecular mechanisms are poorly investigated. Upon contact with the bone, materials should allow the osteoclast-osteoblast cooperation for a normal process of bone formation and remodeling. Thus, co-culture models of osteoclastic and osteoblastic cells, allowing reciprocal communication, better mimic in vivo conditions. This work aimed two objectives. First, to establish a reproducible co-culture model of osteoblastic and osteoclastic cells, easy to implement, to provide integrated information regarding the cell response to the nanoparticles. Second, to evaluate the bone cell response to Mg(OH)2 nanoparticles in monocultured and co-cultured cells contributing to a better understanding of the involved mechanisms. MG-63 osteoblastic cell line and monocyte THP-1 cell line were selected. MG-63 cells were cultured in basal medium and osteogenic conditions. THP-1 monocytes were differentiated into macrophages with phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) and then into osteoclastic cells by supplementation with M-CSF and RANKL. An indirect co-culture system was set up by using Transwell® inserts to separate the cell populations. PMA-treated THP-1 monocytes were cultured on the bottom of 24-well plates, and inserts containing osteogenicinduced MG-63 cells were fitted on the well-plates. In this system, PMA-treated THP-1 cells were cultured in basal medium and with the osteoclastogenic factors. Monocultures and cocultures were maintained for 1 and 6 days, and each cell population was characterized for the respective phenotype features. Mg(OH)2 nanoparticles, synthesized in pure water or using a green synthesis process, were tested for their dose- and time-dependent effects in these culture systems. Monocultures of MG-63 cells presented high proliferation rate, synthesized ALP, expressed marker genes and were osteoblastic-induced in osteogenic conditions. Monocultured PMA-treated THP-1 macrophages differentiated into osteoclastic-like cells showed high TRAP activity, high percentage of TRAP(+) multinucleated cells and expression of marker genes. The indirect co-culture system allows the same pattern of behavior compared to the respective monocultures. However, MG-63 cells co-cultured with osteoclastdifferentiated THP-1 cells presented significantly increased ALP activity. Also, co-culture with MG-63 cells induced TRAP activity in PMA-treated THP-1 cells kept in basal medium. This shows that the cells’ reciprocal interactions have a significant effect in their phenotype behavior. Mg(OH)2 nanoparticles increased ALP of MG-63 cells, but with significantly higher induction in co-cultured cells. Nanoparticles also induced TRAP activity in THP-1 cells but, in co-cultured conditions, this effect was slightly lower than that observed in THP-1 cells supplemented with M-CSF and RANKL. These observations highlight the relevance of the cell culture model in nanoparticles testing. Summarizing, in a culture model that allows reciprocal cell paracrine interactions, Mg(OH)2 nanoparticles elicited higher inductive effect in osteoblastic behavior compared to that induced in osteoclastic behavior, suggesting an overall effect that favors osteoblastic activity.pt_PT
dc.description.abstractOs nanomateriais metálicos têm enorme potencial em aplicações biomédicas devido às suas funções fisiológicas e propriedades físico-químicas, que favorecem as interações biológicas. O magnésio é abundante no organismo, está armazenado nos ossos, e desempenha um papel relevante no metabolismo e remodelação óssea. Consequentemente, os materiais à base de magnésio são promissores para aplicação óssea. As nanopartículas de Mg(OH)2 parecem exercer efeitos benéficos a nível ósseo, mas os mecanismos envolvidos têm sido pouco estudados. Após implantação, os materiais devem permitir as interações celulares garantindo a normalidade do metabolismo ósseo. Assim, os modelos de co-cultura de células osteoclásticas e osteoblásticas, que permitem uma comunicação recíproca, mimetizam as condições in vivo. Este trabalho visou dois objetivos. Primeiro, estabelecer um modelo reprodutível de co-cultura de células osteoblásticas e osteoclásticas, fácil de implementar, permitindo informação integrada sobre a resposta celular às nanopartículas. Segundo, avaliar a resposta das células ósseas às nanopartículas de Mg(OH)2 em células em monocultura e co-cultura, contribuindo para uma melhor compreensão dos mecanismos envolvidos. A linha celular MG-63 foi cultivada em meio basal e osteogénico. As células monocíticas THP-1 foram diferenciadas em macrófagos com forbol 12-miristato 13-acetate (PMA) e, depois, em células osteoclásticas por suplementação com M-CSF e RANKL. O sistema de co-cultura indireta foi implementado utilizando insertos Transwell® para separar as populações celulares. As células THP-1 foram semeadas em placas de 24 poços e diferenciadas em macrófagos, adicionando seguidamente os insertos previamente cultivados com células MG-63 induzidas em meio osteogénico. As células THP-1 foram cultivadas em meio basal ou com os fatores osteoclastogénicos. As culturas foram mantidas durante 1 e 6 dias e as populações celulares caracterizadas fenotipicamente. As nanopartículas de Mg(OH)2, sintetizadas em água pura ou por um processo de síntese verde, foram testadas nestes sistemas de cultura. As células MG-63 apresentaram uma elevada taxa de proliferação, síntese da ALP e expressão de genes específicos, parâmetros que foram induzidos em condições osteogénicas. Os macrófagos THP-1 diferenciados em células osteoclásticas mostraram elevada atividade da TRAP, células multinucleadas TRAP(+) e expressão de genes específicos. A co-cultura permitiu o mesmo padrão de comportamento comparando com as respetivas monoculturas. No entanto, as células MG-63 co-cultivadas com células THP-1 diferenciadas em osteoclastos apresentaram um aumento significativo da atividade da ALP. Além disso, a co-cultura com células MG-63 induziu a atividade da TRAP em células THP-1 mantidas em meio basal. Assim, as interações recíprocas tiveram um efeito significativo no comportamento fenotípico. As nanopartículas de Mg(OH)2 induziram a atividade de ALP das células MG-63, mas o efeito foi significativamente maior nas células co-cultivadas. As nanopartículas também induziram a atividade da TRAP em células THP-1 mas, em condições de co-cultura, este efeito foi ligeiramente inferior ao observado em células THP-1 suplementadas com M-CSF e RANKL. Estas observações realçam a relevância do modelo de cultura na avaliação das nanopartículas. Resumindo, num modelo de co-cultura que permite interações parácrinas celulares, as nanopartículas de Mg(OH)2 provocaram um maior efeito indutivo no comportamento osteoblástico em comparação com o induzido no comportamento osteoclástico, sugerindo um efeito global que favorece a atividade osteoblástica.pt_PT
dc.description.sponsorshipDissertação de Mestrado em Biotecnologia para as Ciências da Saúdept_PT
dc.language.isoengpt_PT
dc.rightsrestrictedAccesspt_PT
dc.subjectMg(OH)2 nanoparticlespt_PT
dc.subjectosteoblastic differentiationpt_PT
dc.titleEffect of green-synthesized magnesium oxide@hydroxide (MgO@MgOH) nanoparticles in the osteoblastic and osteoclastic differentiationpt_PT
dc.typemasterThesispt_PT
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